松毛虫属部分种类遗传多样性及影响因素研究

论文摘要

作为我国林业上的重要害虫,我国松毛虫属昆虫多达27个种(包括4个亚种),其中马尾松毛虫(Dendrolimu punctatus punctatus Walker)、油松毛虫(D.punctatustabulaeformis Tsai et Liu)、赤松毛虫(D.punctatus spectabilis Butler)、落叶松毛虫(D.superans Butler)、云南松毛虫(D.houi Lajonquiere)、思茅松毛虫(D.kikuchiiMatsumura)危害较为严重。松毛虫暴发成灾时,森林一眼望去如同火烧一般,须经过长时间才能够恢复原貌,所以给林业生产带来巨大经济损失。松毛虫自身遗传力的变异与自然环境相互作用逐渐形成不同的地理亚种或不同的生态型,探明松毛虫属昆虫在不同环境条件下的遗传适应机制,对于多种松毛虫的综合治理具有重要意义。分别进行了松毛虫属昆虫不同种之间、同种不同地理种群之间、同一地理种群内不同亚居群之间三个层次上的遗传多样性研究:(1)马尾松毛虫、落叶松毛虫、云南松毛虫、思茅松毛虫4种松毛虫之间遗传多样性研究:4种松毛虫之间存在生殖隔离,再加上长时间不同地理气候的影响,使得各种松毛虫在表型性状、蛋白质水平和分子水平均存在较大的变异。通过表型性状数值变异分析,得出蛹重、蛹长、雌虫体重、雌虫翅展、雌虫体长、雄虫体重、雄虫翅展和雄虫体长8项性状指标在4种松毛虫之间差异极显著。在所有性状中变异系数最大的是蛹重,CV=51.99;变异系数最小的是雄虫翅展,CV=5.47;变异系数平均值从大到小依次为:蛹重、雄虫体重、雌虫体重、蛹长、雄虫体长、雌虫体长、雌虫翅展和雄虫翅展。对各种松毛虫变异系数比较发现,4种松毛虫中变异系数最大的是落叶松毛虫,最小的是云南松毛虫。对8个性状做主成分分析得出前3个主分量构成的信息量为总信息量的93.92%,反映了绝大部分的信息,基本能代表这8个性状的变异。共对4种松毛虫124个个体进行了模糊聚类和系统聚类,聚类结果均为马尾松毛虫与落叶松毛虫聚为第一分支,思茅松毛虫和云南松毛虫聚为第二分支。4种松毛虫表型性状的变异与环境因子的相关性较密切:蛹重、雄虫体重与纬度呈显著正相关;雌虫体长、雄虫体长、雌虫翅展与降水量呈显著负相关;蛹重、雄虫体重、雌虫体重与年均温也呈显著负相关。表型性状欧氏距离与地理距离不存在显著的相关性。在8种等位酶标记的分析中,共检测了12个位点,其中6个为多态位点,检测到22个等位基因。4种松毛虫总体水平P=50.00%,A=1.8333,He=0.2323,平均水平上A=1.2708,P=25.00%,He=0.0828,可以看出4种松毛虫杂合度属于较高水平。根据遗传距离构建松毛虫种群系统树,4种松毛虫大致可以分为3支:马尾松毛虫和落叶松毛虫相聚为一类,思茅松毛虫和云南松毛虫各分为一支。环境因子对等位酶标记结果的影响要小得多,仅有Shannon信息指数I与海拔呈负相关趋势。遗传距离与地理距离作相关性分析,结果表明不存在显著的相关性。(2)马尾松毛虫不同地理种群间的遗传多样性研究:RAPD分子标记揭示马尾松毛虫不同地理种群平均水平A=1.252,Ae=1.069;P=25.19%;总体水平上A=1.830,Ae=1.398,P=82.95%,可以看出在马尾松毛虫群体遗传多样性已达较高水平。通过Shannon多样性指数和Nei基因多样性指数两个遗传参数显示遗传多样性变异水平最高的均为江西余江马尾松毛虫种群,最低的为马尾松毛虫地理亚种——辽宁锦州赤松毛虫种群。Shannon多样性指数显示74.90%的变异存在于种群间,基因流Nm仅为0.168;Nei基因多样性指数显示77.80%的变异存在于种群间,基因流Nm仅为0.143;二者数据分析均表明马尾松毛虫种群间的遗传分化已经达到较高水平,种群间基因交流很小。对6个马尾松毛虫种群进行聚类分析,3个马尾松毛虫的地理亚种——赤松毛虫种群相聚形成第一大类群,另外三个马尾松毛虫种群相聚形成第二大类群。以RAPD标记得来的遗传参数分别对环境因子作相关性分析,结果表明Ae、Shannon信息指数I、Nei基因多样性指数h和生境的降水量、年均温呈显著的正相关趋势。遗传距离与种群之间地理距离存在一定相关性,但相关性不显著。在6种等位酶标记的分析中,共检测了10个位点,其中3个为多态位点,检测到15个等位基因。马尾松毛虫6个种群平均水平上的遗传多样性参数A=1.233,P=21.67%,He=0.067;总体水平P=30.00%,A=1.500,He=0.089;从二者的数据结果可以看出,马尾松毛虫在种级水平上的遗传多样性均高于群体平均水平上的遗传多样性。各种群间杂合性基因多样度比率Fst的平均值为0.265,说明总遗传多样性的26.5%来自于种群间的遗传变异,种群间的遗传分化已经达到较高的水平;基因流Nm为0.692,说明马尾松毛虫各种群间基因交流较小。三个赤松毛虫种群首先相聚形成一支,三个马尾松毛虫种群也相聚在一起,形成第二支大的类群。在等位酶分析结果与环境因子相关性研究中发现遗传参数与环境因子均没有显著的相关性。遗传距离与种群之间存在一定相关性,但相关性不显著。(3)油松毛虫种群内不同亚居群间的遗传多样性研究:8对微卫星引物在平泉县油松毛虫种群内5个天然亚居群共225个个体基因组DNA中都获得较好的扩增。在油松毛虫5个亚居群的平均水平上P=80.00%,A=2.6250,He=0.3765;数据表明pop4即天然油松纯林油松毛虫亚居群杂合度最高,pop2即油松、落叶松混交林亚居群杂合度最小。油松毛虫平泉种群总体水平上P=87.50%,A=3.1250,He=0.4747,Fst=0.2159,Nm=0.9081,数据说明承德平泉县油松毛虫种群总遗传多样性的21.59%来自于亚居群间的遗传变异,亚居群间已经发生了明显的遗传分化;各亚居群间基因交流少。根据遗传距离初步推测,pop1亚居群与pop2亚居群分化时间最短,而pop2亚居群与pop3亚居群分化时间则较长。林分类型对各亚居群遗传多样性影响最明显,其次海拔、坡向及是否化防也是重要的影响因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 遗传多样性理论和研究方法
• 1.1.1 遗传多样性的基本概念及起源
• 1.1.2 遗传多样性的表观层次和检测方法
• 1.1.3 遗传多样性研究的理论意义和实际意义
• 1.2 松毛虫属昆虫的研究进展
• 1.2.1 松毛虫属昆虫生物学与生态学特征
• 1.2.2 松毛虫属昆虫物种多样性
• 1.2.3 松毛虫属昆虫遗传多样性
• 1.3 立题依据与研究目标
• 第一章 松毛虫属四种松毛虫种间遗传多样性及影响因素研究
• 第一节 松毛虫属四种松毛虫种间表型遗传多样性的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 供试松毛虫种与个体抽样及试验材料采集
• 1.2 供试松毛虫性状测定方法
• 1.3 统计分析方法
• 2 结果与分析
• 2.1 4种松毛虫种间表型性状的形态变异特征
• 2.2 4种松毛虫种间表型性状的聚类分析
• 2.2.1 4种松毛虫种间表型性状的模糊聚类分析
• 2.2.2 4种松毛虫种间表型性状的系统聚类分析
• 2.3 4种松毛虫种间表型性状的主成分分析
• 2.3.1 表型性状相关分析
• 2.3.2 主成分分析
• 第二节 松毛虫属四种松毛虫种间遗传多样性的等位酶研究
• 1 材料和方法
• 1.1 材料采集
• 1.2 等位酶电泳方法
• 1.2.1 实验仪器设备及试剂药品
• 1.2.2 电泳试剂配制
• 1.2.3 电泳凝胶配制
• 1.2.4 试虫处理
• 1.2.5 结果记录
• 1.2.6 遗传参数分析
• 2 结果与分析
• 2.1 4种松毛虫等位酶带型及遗传学分析
• 2.2 4种松毛虫等位基因频率
• 2.3 4种松毛虫遗传多样性分析
• 2.4 4种松毛虫的遗传亲缘关系分析
• 第三节 环境条件对松毛虫属四种松毛虫表型性状和等位酶遗传变异的影响
• 3.1 环境因子对4种松毛虫表型性状变异的影响
• 3.1.1 环境因子与4种松毛虫表型性状变异的相关性
• 3.1.2 4种松毛虫表型性状欧氏距离与地理距离的相关性
• 3.2 环境因子对4种松毛虫等位酶遗传变异的影响
• 3.2.1 4种松毛虫等位酶遗传多样性与环境因子的相关性
• 3.2.2 4种松毛虫等位酶遗传距离与地理距离的相关性
• 第四节 松毛虫属四种松毛虫种间遗传多样性表型与等位酶标记的耦合研究
• 4.1 耦合研究的实验样本组成
• 4.2 两种研究结果的遗传多样性分析
• 4.2.1 基本的指标和结论
• 4.2.2 两种方法揭示4种松毛虫遗传多样性的比较
• 4.2.3 两种方法揭示4种松毛虫聚类结果的比较
• 4.2.4 环境因子与两种方法所揭示4种松毛虫种间遗传变异的相关性比较
• 3 讨论
• 3.1 4种松毛虫的表型性状变异及其影响变异的因子探讨
• 3.2 4种松毛虫遗传多样性的等位酶变异及其影响变异的因子探讨
• 第二章 马尾松毛虫不同地理种群间遗传多样性及影响因素研究
• 第一节 马尾松毛虫不同地理种群间遗传多样性的RAPD分析
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 主要试剂和仪器
• 1.2.1 DNA提取试剂
• 1.2.2 PCR反应试剂
• 1.2.3 电泳试剂
• 1.2.4 主要仪器
• 1.2.5 主要试剂的配制
• 1.3 实验方法
• 1.3.1 昆虫基因组DNA的提取
• 1.3.2 DNA质量检测
• 1.3.3 PCR反应
• 1.3.4 PCR产物检测与记录
• 1.4 数据统计与分析
• 2 结果与分析
• 2.1 马尾松毛虫6个种群DNA检测结果
• 2.1.1 琼脂糖凝胶电泳检测结果
• 2.1.2 DNA的纯度
• 2.2 马尾松毛虫6个种群RAPD扩增结果
• 2.3 马尾松毛虫6个种群Shannon多样性指数和Nei基因多样性指数
• 2.4 马尾松毛虫6个种群遗传距离与聚类分析
• 第二节 马尾松毛虫不同地理种群间遗传多样性的等位酶分析
• 1 材料和方法
• 1.1 材料采集
• 1.2 等位酶电泳
• 1.3 结果记录及遗传参数分析
• 2 结果与分析
• 2.1 马尾松毛虫6个种群等位酶带型及遗传学分析
• 2.2 马尾松毛虫6个种群等位基因频率
• 2.3 马尾松毛虫6个种群的遗传分化水平
• 2.4 马尾松毛虫6个种群的聚类分析
• 第三节 环境条件对马尾松毛虫种群间遗传多样性的RAPD和等位酶研究的影响
• 3.1 马尾松毛虫6个种群的地理气候
• 3.2 环境因子与马尾松毛虫6个种群遗传结构RAPD分析的相关性研究
• 3.2.1 马尾松毛虫RAPD遗传多样性与环境因子的相关性
• 3.2.2 马尾松毛虫种群间RAPD遗传距离与地理距离的相关性
• 3.3 环境因子与马尾松毛虫6个种群遗传结构等位酶分析的相关性研究
• 3.3.1 马尾松毛虫等位酶遗传多样性与环境因子的相关性
• 3.3.2 马尾松毛虫种群间遗传距离与环境因子的相关性
• 第四节 马尾松毛虫不同地理种群间遗传多样性的RAPD和等位酶分析的耦合研究
• 4.1 耦合研究的实验样本组成
• 4.2 两种研究结果的遗传多样性分析
• 4.2.1 两种标记方法在分子水平主要遗传多样性参数的分析
• 4.2.2 两种方法揭示马尾松毛虫群体遗传分化的比较
• 4.2.3 两种方法揭示马尾松毛虫群体间聚类结果的比较
• 4.2.4 环境因子与两种方法揭示马尾松毛虫种群间遗传变异的相关性比较
• 3 讨论
• 3.1 马尾松毛虫种群间遗传多样性的RAPD分析及其环境因子的影响
• 3.2 马尾松毛虫种群间遗传多样性的等位酶分析及其环境因子的影响
• 3.3 马尾松毛虫种群间遗传多样性的RAPD和等位酶分析的差异比较
• 第三章 油松毛虫平泉县种群内遗传多样性的SSR分析及影响因素研究
• 1 材料和方法
• 1.1 材料采集
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 基因组DNA的提取
• 1.2.2 引物的筛选和PCR扩增条件的优化
• 1.2.3 聚丙烯酰胺凝胶电泳配制
• 1.3 结果记录及遗传参数分析
• 2 结果与分析
• 2.1 油松毛虫5个亚居群的SSR电泳图谱及遗传学分析
• 2.2 油松毛虫5个亚居群的遗传多样性
• 2.3 油松毛虫5个亚居群的遗传距离及聚类分析
• 2.4 环境因子对油松毛虫5个亚居群遗传多样性的影响
• 3 讨论
• 3.1 微卫星位点松毛虫属昆虫中的保守性和变异性
• 3.2 油松毛虫5个亚居群的遗传多样性及环境因子的影响
• 3.3 油松毛虫5个亚居群的遗传分化
• 结论
• 参考文献
• 博士在读期间发表的学位论文
• 作者简历
• 致谢
• 附件